Boya ve Kaplama Endüstrileri: Trend, İnovasyon ve Yeni Teknolojiler

Aralık 20, 2018, 1:26 pm
17 dakika


PCS. Tolga Dıraz

Kimya Mühendisi / Koruyucu Boyalar&Kaplamalar Uzmanı
TUCSA TK-4 Yüzey Koruma Komitesi Başkanı

 

 

1.2.3 Melez Teknolojili Boyalar/Kaplamalar (Hybid Coatings)
Boya/kaplama uzmanlarının laboratuvarda uzun yıllar çalışmaları sonucunda, birden fazla iki boya/kaplama teknolojisinin kimyasal olarak birleştirilmesi ile oluşturulan, bir nevi melez/hibrit bir boya/kaplama yaratmasına Melez Teknolojili Boyalar/Kaplamalar (Hybid Coatings) denmektedir. Son yıllarda bu konuda öne çıkan teknolojiler şunlardır:

1.2.3.1Poliüre (ing. Polyurea)
Bu teknolojik sınıftaki boya&kaplama ürünleri, 2K Poliüretan sertleştiricisi de olarak bilinen farklı yapılardaki polimerik izosiyanat bileşeni ile, özellikle kimyasal dayanımlı Epoksilerde karşılaşılan farklı Amin polimerik bileşeninin, kimyasal olarak tepkimeye girmesi sonucu ortaya çıkmaktadır.

Boya ve Kaplama

Resim 1: Polyurea teknolojisine sahip boya ve kaplamaların sembolik kimyasal oluşumu

Özellikle, çok yüksek kalınlıklarda ve çok hızlı şekilde uygulanabilmesi (birkaç yüz mikron ila binlerce mikron arasında olabilir), çok hızlı kuruyup kürlenebilmesi (dakikalar, hatta saniyeler içerisinde), yüksek kimyasal direnci, korozyon ile birlikte darbe dayanımları ve rakiplerine göre daha iyi esneklik (elastomerik) göstermeleri, öne çıkan özelliklerinden bazılarıdır. Atık su havuzları, kimyasal tank zeminleri, taşma havuzları, yeraltı ve yerüstü boru hatları ve çatı kaplamaları, kullanım alanlarından bazılarıdır.

1.2.3.2 Poliaspartik (ing. Polyaspartic)
Bu teknoloji Polyaspartik Üretan (pas) olarak da literatürde bilinmektedir. Aslında bu teknoloji alifatik Polyurea teknolojisi temel alınarak ve poliaspartik ester ile üretan kimyasal gruplarının tepkimeye girmesi ile oluşturan yeni bir melez teknolojidir.

Boya ve Kaplama

Resim 2: Poliaspartik teknolojisine sahip boya ve kaplamaların sembolik kimyasal oluşumu

Bu teknolojiye sahip boyalar sahip oldukları hem korozyon dayanımı hem de parlaklık ve renk dayanımı sayesinde, normalde 3 katta sağlanabilen atmosferik koruma -1 kat daha az boya/kaplama kullanılarak- sadece 2 katta tamamlanabilmektedir. (3 kat -> 2 kat)

Boya ve Kaplama

Resim 3: Poliaspartik teknolojisi sayesinde 3 kat yerine 2 kat ile aynı koruma performansının yakalanması. 

Poliaspartik teknolojisine sahip boyalar/kaplamalar sayesinde, daha az malzeme kullanımı kullanılmakta ve -buna bağlı olarak- daha az işçilik ve düşük solvent emisyonu gibi avantajlar sağlanabilmektedir.

1.2.3.3 Floropolimer (ing. Fluoropolymer)
Florlu polimerler ile üretan gruplarının kimyasal olarak tepkimeye sokulması sayesinde ortaya çıkarılan bu teknolojidir. Polyvinylidene fluoride (PVDF) ve fluoroethylene vinyl ether (FEVE) teknolojileri günümüzde öne çıkan Floropolimer boya ve kaplama teknolojileridir. Hem yaş hem toz boya için bu teknolojiye sahip ürünler mevcuttur.

Boya ve Kaplama

Resim 4: PVDF ve FEVE gibi poliaspartik teknolojisine sahip boya ve kaplamaların kimyasal yapısı.

Yüksek parlaklık ve yüksek renk dayanımı ile öne çıkan bir teknolojidir. Bu nedenle, uzun yıllar (20-25, hatta 30 yıl üstü) ciddi bakım gerektirmeden estetik koruması istenen prestijli yapılar için idealdir.

1.2.3.4 Polisiloksan (ing. Polysiloxane)
Silikon bazlı iskelet kimyasal yapı (inorganik bileşen) ile Alkit, Akrilik veya Epoksi boyalarda kullanılan organik kimyasal grupların tepkimeye girmesi sonucu. Inorganik- organik hibrit polisiloksan teknolojisi ortaya çıkarılmıştır.

Resim 5: Polisiloksan teknolojisine sahip boya ve kaplamaların kimyasal yapısı.

Buradaki amaç, hem silikon gruplarının dış etkenlere dayanıklılığı, hem de organik kısmında kullanılan kimyasal gruplar sayesinde esneklik, korozyon ve kimyasal dayanımı gibi özellikler, formüle edilen boya/kaplama ürünlere birlikte kazandırmaktır.

Boya ve Kaplama

Resim 6: Organik ve inorganik kısımlarının Polisiloksan teknolojisine katkıları.

Ayrıca, bu teknoloji ile boya/kaplama kat sayısı ve toplam film kalınlıkları, dolayısıyla işçilik ve malzeme sarfiyatı azaldığı bilinen bir gerçektir:

Boya ve Kaplama

Resim 7: Polisiloksan boyaların geleneksel boya sistemine göre 1 kat boya tasarrufu sağlamaktadır. Polisiloksan teknolojisi ile ilgili daha ayrıntılı bilgiye bu makalenin sonundaki kaynakça bölümünden ulaşabilirsiniz.

1.2.3.5 İnce-Film Kaplama Teknolojisi
Nanometre (metrenin milyarda biri, 1×10−9 m) ila mikrometre (1×10−9 m) kalınlıklarında olabilen boya veya kaplama filmlerine literatürde İnce Film (ing. Thin film) denilmektedir. Bu teknolojiye sahip boya/kaplama malzemeleri sol-gel teknolojisi gibi nanoteknolojik üretim teknolojileri ile üretilmektedir.

Resim 8: SOL-GEL teknolojisi nedir? Ürünleri nelerdir?

Ana kullanım alanları ise; optik, elektrik, pil/batarya veya Fotovoltaik endüstrileri olabileceği gibi, uygulama yöntemleri de Fiziksel Buhar Biriktirme (İng. Physical Vapor Deposition) veya Kimyasal Buhar Biriktirme (İng. Chemical Vapor Deposition) gibi farklı uygulama teknolojileri içermektedir.Bu teknolojinin en büyük farkı, nihai ürün film kalınlığı genelde nanometreler (nm) ile ölçülmekte ve sonuç olarak bildiğimiz boya ve kaplamalardan çok daha ince olmaktadır (300 nm – 10 mikron) .

1.2.3.6 Silikat Mineral Boyalar
Özellikle İnşaat sektörünü ilgilendiren bu teknoloji, bağlayıcı olarak Silikat minerallerini içeren bir boya teknolojisidir. İçerdiği mineraller ve silikat sayesinde Beton yüzeylere kimyasal olarak bağlanır. Bu nedenle, diğer beton boyaların yüzeysel yapışmasına ilave olarak, beton yüzeyine nüfuz ederek çok güçlü olarak Beton yüzeylere bağlanabilmektedir.

Resim 9: Silikat mineral boyaların mikroskobik görüntüsü

Yüksek nefes alabilme yeteneği ve kimyasal direnci sayesinde, diğer geleneksel boyalardan daha iyi bir yapışma ve dış etkenlere karşı (Güneş, yağmur vb.) çok daha iyi koruma sağlar (asit yağmurlarına bile dayanabilir). Zehirli olmayan yapısı ile de çevrecidir. Bu teknoloji, doğru bir formülasyon ile yangın geciktirici (ing. fire retardent) sektöründe de kullanılabilmektedir.

2. Cihaz, Ölçü ve Ekipmanlar
Boya ve kaplama teknolojileri içinde belki de en çarpıcı gelişmeler yüzey hazırlığı araç-gereçleri, boya/kaplama uygulama ekipmanları, enspeksiyon cihazları ve laboratuvar test enstrümanları alanlarında gerçekleşmiştir. Bunlara sırayla yakından bakalım:

2.1 Yüzey Hazırlığı Araç Gereçleri – Yeni Teknolojiler
Boya ve kaplama uygulama projelerinde en yoğun zaman, işçilik ve sarf malzemesi genellikle yüzey hazırlığı işlemleri sırasında gerekmektedir. Bu nedenle, zaman, işçilik ve sarf malzemesi tasarrufu ile beraberinde iş güvenliği ve daha çevreci teknolojiler sürekli geliştirilmektedir. Bunlardan bazıları şunladır.

2.1.2 Lazer ile Yüzeyi Temizleme
Kaynak, delme ve kesme işlemlerinde lazer teknolojisi çok uzun yıllardık bilinmesine karşın, lazer yüzey temizleme nispeten yeni ve niş bir teknoloji olarak son yıllarda piyasaya sürülmüştür. Endüstriyel boya ve kaplama sektörüne adaptasyonu, özellikle organik malzemeleri yüzeyden kaldırmadaki başarısı kanıtlandıktan sonra, gitgide hızlanmaktadır.

Resim 10: Lazer teknolojisni kullanan yüzey temizleyici ekipman.

Bu teknolojinin başlıca avantajları; temassız ve aşındırıcı madde kullanmaması ve atıkları ciddi olarak azaltılması olarak sayılabilir. Netice olarak, yüzey temizliği ve hazırlığı işlemleri için daha çevreci ve daha güvenli bir teknolojidir.

2.1.3 Kumlama Kalitesine Yakın Yüzeyi Temizleyen Motorlu Cihazlar
Boya ve kaplama endüstrisinde kullanılan taş ve zımpara gibi yüzey temizliği yapan aletler, aşındırıcı kumlamanın çok uzağında vasat bir temizlik kalitesi sunmaktadır. Ancak son yıllarda geliştirilen motorlu cihazlar, kumlamaya yakın hatta neredeyse muadil teknolojiler ile piyasaya sürülmektedir. Bunlardan belki de en önemlisi İngilizcede fırçalı raspalama (ing. Bristle Blaster) olarak bilinen bir teknoloji ile, yüzeyi özel tasarlanmış ve gerginleştirilmiş metalik fırça telleri ile dikey doğrultuda dönerek döverek, hem yüzeyi neredeyse sa3 kumlama temizliği seviyesine yakın temizlemekte, hem de yüzeyde boya/kaplama malzemesinin gerektirdiği kadar pürüzlendirebilmektedir.

Boya ve Kaplama

Resim 11: Metalik fırçalı tellere sahip motorlu patentli cihaz ile metal yüzeyleri temizleme.

Böylelikle, herhangi bir aşındırıcı kullanmadan, metalik yüzeylerde aşındırıcı kumlama temizliğine yakın ve ciddi miktarda (100 mikron ve üstü) pürüzlü bir yüzey elde edilebilmektedir.

2.1.4 Robotik Sistemler
Hem aşındırıcı kumlama hem de su ile yapılan (su jeti ve sulu kumlama gibi) ile yüzey hazırlığı ve temizliği işlemleri için geliştirilen bu robot teknolojisi sayesinde, bu işlemleri manuel olarak yapmanın bazı handikapları ortadan kaldırılarak şu avantajlar kazandırılmış:

•Sensörler ve çok-eksenli robotlar sayesinde, karmaşık/grift parçaların tamamıyla dijital haritasının çıkarılması; bu şekilde parça üzerinde yüzey temizliği/hazırlığı bir bölge kalmaması
•Yine sensörler ve çok-eksenli robotlar sayesinde, daha optimal yüzey pürüzlülüğü; buna bağlı olarak daha az su ve/veya aşındırıcı sarfiyatı
•Ortamda çalışan operatöre ihtiyaç olacağı için (sadece robotik sistemi izleyecek ve gerektiğinde touchup/rötuş yapacak) için, iş sağlığı ve işçi güvenliği riskleri minimize edilmesi

Ayrıca, robotik kumlama sistemleri kullanılarak, özellikle çok tekrarlı ve seri imalata yakın işlerde büyük malzeme ve işçilik kazançları elde edilebilir.

Boya ve Kaplama

Resim 12: Robotik sistemler ile otomatik yüzey temizliği

2.2 Boya/Kaplama Uygulamaları – Yeni Teknolojiler
2.2.1 Elektronik Oranlayıcılı Püskürtme Sistemleri
Modern Endüstriyel Boya/Kaplama Kimyasal ürünlerinin çoğu 2 bileşenlidir. Yani, bir bileşen/teneke reçine, binder içerirken, diğer bileşen/teneke sertleştirici ve diğer katkı maddelerini içerecektir.

Boya ve Kaplama

Resim 13: Elektronik oranlayıcı sistemler ile çok-bileşenli boya püskürtme uygulaması

Bu teknoloji sayesinde, hem çift komponentli (bileşenli) boyalarda, hem de boya/kaplama uygulamalarında esneklik sağlanarak, farklı karışım oranlarına sahip boya&kaplama ürünleri kolaylıkla hassas bir biçimde doğru oranlarda uygulanabilmekte, hem de uygulama için gereğinden fazla miktarda karıştırılan ve kullanılmayan atık malzeme miktarı minimize edilmektedir.

2.2.2 Seyyar (Elle Taşınabilir) Minyatür Havasız Püskürtme Sistemleri
Airless Boya Pompası olarak da bilinen ekipmanlar, geleneksel olarak oldukça büyük yapıdadırlar ve tek elle kaldıramazlar. Ancak, son yıllarda bazı sprey ekipmanları üreticileri, tek elle kolaylıkla kullanılabilecek ve hatta şarjlı pille veya bildiğimiz elektrik şebekesi ile çalışabilecek taşınabilir/mobil/seyyar airless boya pompaları üretmişlerdir.

Boya ve Kaplama

Resim 14: Seyyar (elle taşınabilir) minyatür havasız püskürtme sistemleri.

2.2.3 Radyasyon Enerjisi İle Kürlendirme
Radyasyon enerjisi kürlendirme (veya kısaca radyasyon kürlendirme), ultraviyole (UV), Kızılötesi (Infrared-IR) veya elektron ışını (Electron Beam – EB) gibi özel radyasyon enerjisi yayan cihazlarca özel tasarlanmış boya ve kaplamaların kurutma ve kürlendirme teknolojisidir.
Önceleri grafik tasarımlarında kullanılan baskı vernikleri ve mürekkep, ahşap ve plastik sektörüne yönelik kullanılan bu teknoloji, son yıllarda metal yüzeylere de uygun hale getirilmiş; Bobin Boya/Kaplamaları (ing. Coil Coatings) sektöründe de kullanılmaya başlanmıştır.(Örneğin, alüminyum, galvanizli-çelik, pirinç, magnezyum ve nikel gibi metal yüzeylere başarı ile uygulanabilmektedir.)

Boya ve Kaplama

Resim 15: UV, IR ve EB Kürlendirme Lambaları

Bu teknolojinin en önemli avantajları;
•Daha hızlı kuruma ve kürlenme.
•Uçucu organik bileşenler (VOC) az veya hiç yok (%100 katılı sistemler).
•Daha iyi son performans olarak sıralanabilir.

2.2.4 Robotik Sistemler
Otomotiv endüstrisinde 1980’lerden beri kullanılan robotik boyama sistemleri, sensör ve robotik sistemlerde gelişmelere bağlı olarak, son 5 yıldır endüstriyel yaş ve toz boya endüstrisinde de kullanılan bir teknoloji olarak karşımıza çıkmaktadır.

Boya ve Kaplama

Resim 16: Robotik sistemler ile otomatik boyama

Bu teknoloji kullanılarak şu avantajlar kazandırılmış:
• Sensörler ve çok-eksenli robotlar sayesinde, karmaşık/ grift parçaların tamamıyla dijital haritasının çıkarılması; bu şekilde parça üzerinde boyanmayan bir bölge kalmaması.
• Yine sensörler ve çok-eksenli robotlar sayesinde, daha optimal boya film kalınlıkları; buna bağlı olarak daha az boya sarfiyatı.
• Ortamda çalışan boya operatörü olmayacağı veya çok az ihtiyaç olacağı (sadece touchup/rötuş için gerekebilir) için, iş sağlığı ve işçi güvenliği riskleri minimize edilmesi.

Kaynakça
1. Corrosion Prevention by Protective Coatings – Charles G. Munger & Louis D. Vincent – NACE International
2. The Protective Coating User’s Handbook – Louis D. Vincent
3. BASF Coatings’ Global Trend Book – BASF’s Coatings division
4. Selecting Coatings for Industrial and Marine Structures – SSPC publications
5. ASM Handbook, Volume 5B: Protective Organic Coatings
6. Paint and Surface Coatings –Theory and Practice- R Lambourne T A Strivens – Woodhead Publishing
7. https://www.vocabulary.com/dictionary/trend
8. http://www.turkceanlaminedir.com/trend-62082
9. https://www.coatingsworld.com/knowledge-center/coatings-
markets-amp-technologies/market-trends-amp-forecast
10. https://www.merriam-webster.com/dictionary/innovation
12. https://www.academia.edu/36712021/
INORGAN%C4%B0KORGAN%C4%B0K_HYBR%C4%B0T_
POLYS%C4%B0LOKSAN_BOYALAR_PCS._Tolga_DIRAZ

  • (gizli tutulacaktır)